IBM研制出首款石墨烯集成电路

2011-6-14 09:34 来源: 中国科学院
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  美国IBM公司的科学家研制出了首款由石墨烯圆片制成的集成电路,向开发石墨烯计算机芯片前进了一步。科学家们认为,这项突破可能预示着,未来可用石墨烯圆片来替代硅晶片,相关研究发表在最新一期《科学》杂志上。

  这块集成电路建立在一块碳化硅上,并且由一些石墨烯场效应晶体管组成。去年,IBM公司托马斯·沃森研究中心科学家林育明领导的团队展示了首块基于石墨烯的晶体管,其能在100G赫兹的频率上运行,但这次,该团队将其整合进一块完整的集成电路中。

  多个科研团队在研制石墨烯晶体管和接收器中遇到了几大障碍:首先,石墨烯这种纤薄的单原子层薄片很难同制造芯片所用的金属和合金匹配到一起。另外,在蚀刻过程中,石墨烯很容易受损。

  林育明团队找到了一种新方法——通过在一块碳化硅晶圆的硅面上种植石墨烯,清除了这些障碍。接着,他们将石墨烯包裹进一个聚合物内,进行必须的蚀刻过程,随后再用一些丙酮将这些聚合物清除。

  研究人员表示,该晶体管门的长度仅为550纳米,整个集成电路仅为一颗盐粒那么大。而且,这种生产过程也可用于其他类型的石墨烯材料,包括将化学气相淀积(CVD)石墨烯膜合成在金属膜之上,也可用于光学光刻以改善成本和产能。

  按照美国电气与电子工程师学会(IEEE)出版的《IEEE波普》杂志的解释,这块集成电路是一个宽频无线电频率混频器——无线电收音机的关键组件,该集成电路通过找出两个输入频率的和与差来输出新的无线电信号。科学家们表示,最新的石墨烯集成电路混频最多可达10G赫兹,而且其可以承受125摄氏度的高温。

  该研究团队认为,这块集成电路还可以运行得更快,届时,由这类集成电路制成的芯片可以改进手机和无线电收发两用机的信号,未来,手机或许能在一般认为无法接收信号的地方工作。

  石墨烯场效应晶体管替代硅可能还需要一段时间,IBM公司的科学家下一步将继续改进这种集成电路的性能,其中包括使用对石墨烯导电性不会造成损害的各种不同金属。